CN109163212A - 带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构，用于解决现有梯度点阵结构力学性能差的技术问题。技术方案是包括N层对金字塔点阵结构和N‑1层过渡层。其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一过渡层a分别连接对金字塔点阵层b和对金字塔点阵层c，对金字塔点阵层b的单胞尺寸为2L，对金字塔点阵层c的单胞尺寸为L，过渡层a的高度为H。本发明通过在两层不同单胞尺寸的对金字塔点阵结构之间设置过渡层，可以同时改变点阵单胞杆件的截面尺寸和点阵单胞尺寸，使得结构在设计时可以同时考虑点阵单胞尺寸以及杆件截面尺寸对结构整体性能的影响，达到提高力学性能的目的。

Description

带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构
技术领域
本发明涉及一种梯度点阵结构，特别是涉及一种带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构。
背景技术
点阵结构具有轻质、比刚度高、比强度高、吸声隔热等优良特性，被越来越多地应用在在汽车、船舶、航空航天等领域。梯度点阵结构通过对点阵单胞构型的设计使得结构整体具有更加优良的性能。
文献“申请公布号为CN107498948A的中国专利”公开了一种梯度点阵结构。该梯度点阵结构通过更改各层点阵中单胞杆件的粗细来控制其相对密度，提高了结构的抗冲击性能，达到了点阵结构的宏观物性参数随空间位置呈梯度变化的目的。然而，由于尺寸效应的存在，同等载荷情况下，不同单胞尺寸的点阵结构所表现出来的力学行为并不相同；因此，需要在改变点阵单胞杆件截面尺寸的同时，考虑点阵单胞尺寸对结构整体性能的影响，即对于同一种点阵单胞构型，应根据实际承载情况选择不同单胞尺寸、不同杆件截面尺寸的点阵结构。
发明内容
为了克服现有梯度点阵结构力学性能差的不足，本发明提供一种带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构。该梯度点阵结构包括N层对金字塔点阵结构和N-1层过渡层。其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一过渡层a分别连接对金字塔点阵层b和对金字塔点阵层c，对金字塔点阵层b的单胞尺寸为2L，对金字塔点阵层c的单胞尺寸为L，过渡层a的高度为H。本发明通过在两层不同单胞尺寸的对金字塔点阵结构之间设置过渡层，可以同时改变点阵单胞杆件的截面尺寸和点阵单胞尺寸，使得结构在设计时可以同时考虑点阵单胞尺寸以及杆件截面尺寸对结构整体性能的影响，达到提高力学性能的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构，其特点是包括N层对金字塔点阵结构和N-1层过渡层。其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一个过渡层a单胞分别连接一个边长为2L的对金字塔点阵层b单胞和四个边长为L的对金字塔点阵层c单胞；所述过渡层a由结点10与结点1连接的杆、结点10与结点2连接的杆，结点10与结点4连接的杆、结点10与结点5连接的杆、结点11与结点2连接的杆、结点11与结点3连接的杆、结点11与结点5连接的杆、结点11与结点6连接的杆、结点12与结点5连接的杆、结点12与结点6连接的杆、结点12与结点8连接的杆、结点12与结点9连接的杆、结点13与结点4连接的杆、结点13与结点5连接的杆、结点13与结点7连接的杆以及结点13与结点8连接的杆共同组成；其中，结点10、11、12、13位于同一高度平面，结点1、2、3、4、5、6、7、8、9位于同一高度平面；过渡层a单胞高度为H。
本发明的有益效果是：该梯度点阵结构包括N层对金字塔点阵结构和N-1层过渡层。其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一过渡层a分别连接对金字塔点阵层b和对金字塔点阵层c，对金字塔点阵层b的单胞尺寸为2L，对金字塔点阵层c的单胞尺寸为L，过渡层a的高度为H。本发明通过在两层不同单胞尺寸的对金字塔点阵结构之间设置过渡层，可以同时改变点阵单胞杆件的截面尺寸和点阵单胞尺寸，使得结构在设计时可以同时考虑点阵单胞尺寸以及杆件截面尺寸对结构整体性能的影响，达到提高力学性能的目的。
具体的，本发明实现了点阵单胞杆截面尺寸以及点阵单胞尺寸同时变化，结构设计人员在进行结构设计时能够考虑尺寸效应对于点阵结构整体性能的影响，结构具有更加灵活的设计性。
本发明使得点阵结构具备了梯度功能，结构在宏观上的物性参数随空间位置呈梯度变化。
本发明实现了结构的轻量化设计，结构具有优异的力学性能。
本发明通过在两层对金字塔点阵之间设置过渡层实现了变单胞尺寸的目的；其中，过渡层结构简单，传力路径清晰，便于制造。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构整体示意图。
图2是图1中互相连接后的对金字塔点阵层b、对金字塔点阵层c以及过渡层a整体在空间延拓的示意图。
图3是图2中过渡层a的单胞连接方式示意图。
具体实施方式
以下实施例参照图1～3。
本发明带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构包括N层对金字塔点阵结构和N-1层过渡层。其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一过渡层a分别连接对金字塔点阵层b和对金字塔点阵层c，对金字塔点阵层b的单胞尺寸为2L，对金字塔点阵层c的单胞尺寸为L，过渡层a单胞的高度为H。
一个过渡层a单胞分别连接一个边长为2L的对金字塔点阵层b单胞和四个边长为L的对金字塔点阵层c单胞；其中，结点10、11、12、13位于同一高度平面，结点1、2、3、4、5、6、7、8、9位于同一高度平面；结点10与结点1连接的杆、结点10与结点2连接的杆，结点10与结点4连接的杆、结点10与结点5连接的杆、结点11与结点2连接的杆、结点11与结点3连接的杆、结点11与结点5连接的杆、结点11与结点6连接的杆、结点12与结点5连接的杆、结点12与结点6连接的杆、结点12与结点8连接的杆、结点12与结点9连接的杆、结点13与结点4连接的杆、结点13与结点5连接的杆、结点13与结点7连接的杆、结点13与结点8连接的杆共同组成了一个过渡层a；过渡层a单胞高度为H，H的值可以根据需求进行调整。
从图2可以看出，一个过渡层a单胞分别连接一个边长为2L的对金字塔点阵层b单胞和四个边长为L的对金字塔点阵层c单胞，连接后整体分别在x、y两个方向延拓，形成梯度点阵结构。
需要指出的是，本发明中梯度点阵的层数并不受限，根据过渡层与大尺寸点阵层和小尺寸点阵层的连接方式，所述带过渡层的变单胞尺寸梯度点阵结构可以延拓至任意多层。

Claims (1)

1.一种带过渡层的变单胞尺寸对金字塔梯度点阵结构，其特征在于：包括N层对金字塔点阵结构和N-1层过渡层；其中，每层对金字塔点阵结构均由对金字塔点阵单胞在xoy平面内延拓形成；每一个过渡层a单胞分别连接一个边长为2L的对金字塔点阵层b单胞和四个边长为L的对金字塔点阵层c单胞；所述过渡层a由结点10与结点1连接的杆、结点10与结点2连接的杆、结点10与结点4连接的杆、结点10与结点5连接的杆、结点11与结点2连接的杆、结点11与结点3连接的杆、结点11与结点5连接的杆、结点11与结点6连接的杆、结点12与结点5连接的杆、结点12与结点6连接的杆、结点12与结点8连接的杆、结点12与结点9连接的杆、结点13与结点4连接的杆、结点13与结点5连接的杆、结点13与结点7连接的杆以及结点13与结点8连接的杆共同组成；其中，结点10、11、12、13位于同一高度平面，结点1、2、3、4、5、6、7、8、9位于同一高度平面；过渡层a单胞高度为H。
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